Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Типи сил Ван-дер-Ваальса
- Як сили Ван дер Ваальса впливають на матеріали
Сили Ван-дер-Ваальса утворюють електростатичні зв’язки між молекулами. Міжмолекулярні зв’язки, включаючи зв’язки Ван дер Ваальса, утримують молекули разом у рідинах і твердих тілах і є відповідальними за такі явища, як поверхневий натяг у рідинах та кристали у твердих тілах. Міжмолекулярні сили набагато слабкіші, ніж внутрішні сили, які утримують атоми в молекулах, але вони все ще досить сильні, щоб впливати на поведінку та властивості багатьох матеріалів.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Електростатичні сили Ван де Ваальса діють між молекулами, утворюючи слабкі зв’язки. Типи сил Ван-дер-Ваальса, найсильніші до найслабших, - це дипольно-дипольні сили, дипольні сили, викликані диполем, і лондонські дисперсійні сили. Водневий зв’язок ґрунтується на типі дипольно-дипольної сили, яка є особливо потужною. Ці сили допомагають визначити фізичні характеристики матеріалів.
Типи сил Ван-дер-Ваальса
Три типи сил Ван-дер-Ваальса, найсильніші до найслабших, - це дипольно-дипольні сили, дипольні сили, спричинені диполем, і дисперсійні сили Лондона. Диполі - це полярні молекули з негативно та позитивно зарядженими полюсами на протилежних кінцях молекули. Негативний полюс однієї молекули притягує позитивний полюс іншої молекули, утворюючи електростатичний дипольно-дипольний зв’язок.
Коли заряджена дипольна молекула наближається до нейтральної молекули, вона індукує протилежний заряд у нейтральній молекулі, а протилежні заряди притягуються до утворення дипольної індукованої дипольної зв'язку. Коли дві нейтральні молекули стають тимчасовими диполями, оскільки їх електрони трапляються на одній стороні молекули, нейтральні молекули притягуються електростатичними силами, які називаються лондонськими дисперсійними силами, і вони можуть утворювати відповідний зв’язок.
Сили дисперсії Лондона слабкі в малих молекулах, але вони збільшують силу у більших молекулах, де багато електронів порівняно далеко від позитивно зарядженого ядра і вільно рухаються. Як результат, вони можуть асиметрично збиратися навколо молекули, створюючи тимчасовий дипольний ефект. Для великих молекул лондонські дисперсійні сили стають важливим фактором їх поведінки.
Коли дипольна молекула містить атом водню, вона може утворювати особливо міцний диполь-дипольний зв’язок, оскільки атом водню малий і позитивний заряд сконцентрований. Підвищена міцність зв'язку робить це особливим випадком, званим водневим зв’язком.
Як сили Ван дер Ваальса впливають на матеріали
У газах при кімнатній температурі молекули знаходяться занадто далеко один від одного і мають занадто багато енергії, щоб впливати на міжмолекулярні сили Ван-дер-Ваальса. Ці сили стають важливими для рідин і твердих тіл, оскільки молекули мають менше енергії і знаходяться ближче один до одного. Сили Ван-дер-Ваальса входять до складу міжмолекулярних сил, які тримають рідини та тверді речовини разом та надають їм характерні властивості.
У рідинах міжмолекулярні сили ще занадто слабкі, щоб утримувати молекули на місці. Молекули мають достатньо енергії для того, щоб неодноразово здійснювати і розривати міжмолекулярні зв’язки, ковзаючи повз одна одну і приймаючи форму своєї ємності. Наприклад, у воді біпольні молекули складаються з негативно зарядженого атома кисню та двох позитивно заряджених атомів водню. Водні диполі утворюють міцні водневі зв’язки, що утримують молекули води разом. В результаті вода має високий поверхневий натяг, високу теплоту випаровування та порівняно високу температуру кипіння для ваги молекули.
У твердих тілах атоми мають занадто мало енергії, щоб розірвати зв’язки міжмолекулярних сил, і вони утримуються разом з невеликим рухом. Крім сил Ван-дер-Ваальса, на поведінку молекул твердих тіл можуть впливати й інші міжмолекулярні сили, наприклад ті, що утворюють іонні або металеві зв’язки. Сили утримують молекули твердих тіл у кристалічних гратах, таких як алмази, в металах, таких як мідь, в однорідних твердих речовинах, таких як скло або в гнучких твердих речовинах, таких як пластмаса. Хоча сильні хімічні зв’язки, які утримують атоми в молекулах, визначають хімічні характеристики матеріалів, міжмолекулярні сили, включаючи сили Ван-дер-Ваальса, впливають на фізичні характеристики.